袁开军研究员团队揭示MXene电子—声子表面散射效应

jinlierwei

近日，我所化学动力学研究室分子光化学动力学研究组（1117组）袁开军研究员团队利用飞秒时间分辨光谱，实现了对复合结构的二维过渡金属碳化物的动力学探测，结果表明其尺寸效应在电子—声子散射过程中发挥重要作用。
　　二维金属纳米材料的厚度小于载流子的平均自由程时，尺寸效应可能在载流子界面运输和能量传递过程发挥重要作用。时间分辨光谱研究表明，MXene材料的电子—声子相互作用发生在100飞秒以内，快于石墨烯、过渡金属硫化物和钙钛矿等二维材料。然而，当前对MXene电子—声子散射相关研究仅考虑体相散射，而忽略了表面散射效应。

　　本工作中，团队设计了厚度约1.8nm的金属/MXene和绝缘体/MXene复合结构片状材料，利用飞秒瞬态吸收光谱测量了其载流子动力学。结果表明，与MXene相比，绝缘体/MXene的电子弛豫动力学没有发生改变，而金属/MXene的电子弛豫明显变慢。这是因为金属/MXene的电子可以通过界面直接传输到金属，其电子—声子表面散射被削弱。定量分析发现，1.8nm厚度的MXene片状材料，约50%至70%的电子—声子散射过程发生在表面，阐明了MXene超薄材料的表面效应在电子—声子散射中发挥重要作用。此成果对理解二维材料相关的界面载流子和能量传输，以及实现高效能量转换具有重要意义。
　　相关成果以“Evidence of Surface-Mediated Carrier-Phonon Scattering in MXene”为题，于近日发表在ACS Nano上。该工作的第一作者是我所1117组联合培养硕士研究生赵杰和博士后张琦。该工作得到国家自然科学基金、基础科学中心、中国科学院关键技术研发团队等项目的资助。（文/图 赵杰、张琦）
　　文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07431
       文章来源：大连化物所
       袁开军，1981年生，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员。2003年于中国科技大学化学物理系获得学士学位，2009年于中科院大连化学物理研究所获得博士学位。2009年加入中科院大连化学物理研究所1102组工作，2010年到美国莱斯大学化学系访问学者研究一年，2011年被聘为副研究员，2017年被聘为研究员。现为大连化物所1116组研究员。研究方向为气相小分子光解动力学研究和凝聚相飞秒二维红外光谱研究。在高分辨的气相水分子光化学研究中取得系列研究成果。目前的研究集中在利用二维红外光谱研究超高压凝聚相动力学和化学反应的飞秒红外瞬态谱测量。另外负责化物所极紫外自由电子激光的分子光化学实验线站。